Dalam semua tindak balas kimia, haba dapat diterima dari persekitaran atau dilepaskan ke persekitarannya. Pertukaran haba antara reaksi kimia dan persekitarannya dikenal sebagai entalpi reaksi, atau H. Namun, H tidak dapat diukur secara langsung - sebaliknya, para saintis menggunakan perubahan suhu tindak balas dari masa ke masa untuk mencari perubahan entalpi dari masa ke masa (ditulis sebagai H). Dengan H, seorang saintis dapat menentukan sama ada reaksi mengeluarkan haba (atau "eksotermik") atau menerima haba (atau "endotermik"). Secara umum, H = m x s x T, di mana m adalah jisim reaktan, s adalah haba tentu produk, dan T adalah perubahan suhu dalam tindak balas.
Langkah
Kaedah 1 dari 3: Menyelesaikan Masalah Enthalpy
Langkah 1. Tentukan reaksi produk dan reaktan anda
Sebarang tindak balas kimia melibatkan dua kategori kimia - produk dan reaktan. Produk adalah bahan kimia yang terhasil dari tindak balas, sementara reaktan adalah bahan kimia yang bergabung atau berpecah untuk menghasilkan produk. Dengan kata lain, reaktan tindak balas adalah seperti ramuan resipi makanan, sedangkan produknya adalah makanan siap. Untuk mencari H tindak balas, pertama, kenal pasti produk dan reaktan.
Sebagai contoh, katakan kita akan mencari entalpi reaksi untuk pembentukan air dari hidrogen dan oksigen: 2H2 (Hidrogen) + O2 (Oksigen) → 2H2O (Air). Dalam persamaan ini, H2 dan O2 adalah reaktan dan H2O adalah produk.
Langkah 2. Tentukan jumlah jisim reaktan
Seterusnya, cari jisim reaktan anda. Sekiranya anda tidak mengetahui jisimnya dan tidak dapat menimbangnya pada skala saintifik, anda boleh menggunakan jisim molarnya untuk mencari jisim sebenarnya. Jisim molar adalah pemalar yang boleh didapati di jadual berkala biasa (untuk unsur tunggal) dan sumber kimia lain (untuk molekul dan sebatian). Gandakan jisim molar setiap reaktan dengan bilangan mol untuk mencari jisim reaktan.
-
Dalam contoh air, reaktan kita adalah gas hidrogen dan oksigen, yang mempunyai jisim molar 2 g dan 32 g. Oleh kerana kita menggunakan 2 mol hidrogen (berdasarkan pekali 2 dalam H2) dan 1 mol oksigen (dinilai dengan ketiadaan pekali dalam O2, kita dapat mengira jumlah jisim reaktan seperti berikut:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
Langkah 3. Cari haba tertentu produk anda
Seterusnya, cari haba tertentu produk yang anda analisis. Setiap elemen atau molekul mempunyai haba tertentu: nilai ini adalah pemalar dan biasanya terdapat dalam sumber pembelajaran kimia (contohnya, dalam jadual di belakang buku teks kimia). Terdapat pelbagai cara untuk mengira haba tertentu, tetapi untuk formula yang kita gunakan, kita menggunakan unit Joule / gram ° C.
- Perhatikan bahawa jika persamaan anda mempunyai banyak produk, anda perlu mengira entalpi untuk tindak balas unsur-unsur yang digunakan untuk menghasilkan setiap produk, kemudian menambahkannya untuk mencari entalpi keseluruhan tindak balas.
- Dalam contoh kami, produk akhir adalah air, yang mempunyai haba tertentu kira-kira. 4.2 joule / gram ° C.
Langkah 4. Cari perbezaan suhu selepas tindak balas berlaku
Seterusnya, kita akan menemui T, perubahan suhu sebelum dan selepas tindak balas. Kurangkan suhu awal tindak balas (atau T1) dari suhu akhir selepas tindak balas (atau T2) untuk menghitungnya. Seperti dalam kebanyakan kerja kimia, suhu Kelvin (K) digunakan (walaupun Celsius (C) akan memberikan hasil yang sama).
-
Sebagai contoh, katakan suhu awal tindak balas ialah 185K tetapi sejuk hingga 95K apabila tindak balas selesai. Dalam masalah ini, T dikira seperti berikut:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90K
Langkah 5. Gunakan formula H = m x s x T untuk menyelesaikannya
Sekiranya anda mempunyai m, jisim reaktan, s, haba tentu produk, dan T, perubahan suhu tindak balas, maka anda sudah bersedia untuk mencari entalpi tindak balas tersebut. Masukkan nilai anda ke dalam formula H = m x s x T dan darabkan untuk menyelesaikannya. Jawapan anda ditulis dalam unit tenaga, iaitu Joules (J).
-
Untuk masalah contoh kami, entalpi reaksi adalah:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 J
Langkah 6. Tentukan sama ada reaksi anda menerima atau kehilangan tenaga
Salah satu sebab yang paling biasa untuk mengira H untuk pelbagai tindak balas adalah untuk menentukan sama ada reaksi itu eksotermik (kehilangan tenaga dan melepaskan haba) atau endotermik (memperoleh tenaga dan menyerap haba). Sekiranya tanda jawapan akhir anda untuk H adalah positif, maka tindak balasnya adalah endotermik. Sementara itu, jika tanda itu negatif, tindak balasnya adalah eksotermik. Semakin besar bilangannya, semakin besar tindak balas ekso atau endotermik. Hati-hati dengan reaksi eksotermik yang kuat - kadang-kadang mereka mengeluarkan sejumlah besar tenaga, yang, jika dilepaskan dengan sangat cepat, boleh menyebabkan letupan.
Dalam contoh kami, jawapan terakhir ialah -13608J. Oleh kerana tanda itu negatif, kita tahu bahawa reaksi kita adalah eksotermik. Ini masuk akal - H2 dan O2 adalah gas, sementara H2O, produk, adalah cecair. Gas panas (dalam bentuk wap) mesti membebaskan tenaga ke persekitaran dalam bentuk haba, untuk menyejukkannya untuk membentuk cecair, iaitu tindak balas untuk membentuk H2O adalah eksotermik.
Kaedah 2 dari 3: Menganggar Ukuran Enthalpy
Langkah 1. Gunakan tenaga ikatan untuk mengira entalpi
Hampir semua tindak balas kimia melibatkan pembentukan atau pemutusan ikatan antara atom. Oleh kerana dalam reaksi kimia, tenaga tidak dapat dihancurkan atau diciptakan, jika kita mengetahui jumlah tenaga yang diperlukan untuk membentuk atau memutuskan ikatan dalam suatu reaksi, kita dapat menganggarkan perubahan entalpi untuk reaksi keseluruhan dengan tahap ketepatan yang tinggi dengan menambahkan ikatan ini tenaga.
-
Sebagai contoh, tindak balas menggunakan H2 + F2 → 2HF. Dalam persamaan ini, tenaga yang diperlukan untuk memecah atom H dalam molekul H. adalah2 ialah 436 kJ / mol, sementara tenaga yang diperlukan untuk F2 ialah 158 kJ / mol. Akhirnya, tenaga yang diperlukan untuk membentuk HF dari H dan F ialah = -568 kJ / mol. Kami mengalikan dengan 2 kerana produk dalam persamaannya adalah 2 HF, jadi itu 2 × -568 = -1136 kJ / mol. Menambah kesemuanya, kami mendapat:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ / mol.
Langkah 2. Gunakan entalpi pembentukan untuk mengira entalpi
Entalpi pembentukan adalah sekumpulan nilai H yang mewakili perubahan entalpi tindak balas untuk menghasilkan bahan kimia. Sekiranya anda mengetahui entalpi pembentukan yang diperlukan untuk menghasilkan produk dan reaktan dalam persamaan, anda boleh menambahkannya untuk mengira entalpi seperti tenaga ikatan yang dijelaskan di atas.
-
Contohnya, persamaan yang digunakan C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Dalam persamaan ini, kita mengetahui bahawa entalpi pembentukan untuk tindak balas berikut adalah:
C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 kJ / mol
2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ / mol
3H2 +1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ / mol
Oleh kerana kita dapat menjumlahkan persamaan ini untuk mendapatkan C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, dari reaksi yang kita cuba cari entalpi, kita hanya perlu menambahkan entalpi reaksi pembentukan di atas untuk mencari entalpi reaksi ini, seperti berikut:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ / mol.
Langkah 3. Jangan lupa menukar tanda semasa membalikkan persamaan
Penting untuk diperhatikan bahawa apabila anda menggunakan entalpi pembentukan untuk mengira entalpi tindak balas, anda mesti mengubah tanda entalpi pembentukan setiap kali anda membalikkan persamaan untuk tindak balas unsur-unsur. Dengan kata lain, jika anda membalikkan satu atau lebih persamaan anda untuk pembentukan tindak balas sehingga produk dan reaktan saling membatalkan, ubah tanda keasyikan reaksi pembentukan yang anda tukar.
Dalam contoh di atas, perhatikan bahawa reaksi pembentukan yang kita gunakan untuk C2H5OH terbalik. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 menunjukkan C2H5OH terbelah, tidak terbentuk. Oleh kerana kami membalikkan persamaan ini sehingga produk dan reaktan saling membatalkan, kami mengubah tanda entalpi pembentukan menjadi 228 kJ / mol. Sebenarnya, entalpi pembentukan untuk C2H5OH ialah -228 kJ / mol.
Kaedah 3 dari 3: Memerhatikan Perubahan Enthalpy dalam Eksperimen
Langkah 1. Ambil bekas bersih dan isi dengan air
Sangat mudah untuk melihat prinsip entalpi dengan eksperimen sederhana. Untuk memastikan bahawa reaksi eksperimen anda tidak tercemar dengan bahan luaran, bersihkan dan sterilkan bekas yang ingin anda gunakan. Para saintis menggunakan bekas tertutup khas yang disebut kalorimeter untuk mengukur entalpi, tetapi anda dapat memperoleh hasil yang baik dengan kaca atau tabung uji kecil. Apa sahaja bekas yang anda gunakan, isi dengan air suhu bilik yang bersih. Anda juga harus bereksperimen di bilik dengan suhu sejuk.
Untuk eksperimen ini, anda memerlukan bekas yang agak kecil. Kami akan mengkaji kesan perubahan entalpi Alka-Seltzer pada air, jadi semakin sedikit air yang anda gunakan, perubahan suhu akan lebih jelas
Langkah 2. Masukkan termometer ke dalam bekas
Ambil termometer dan masukkan ke dalam bekas sehingga hujung termometer berada di bawah air. Baca suhu air - untuk tujuan kita, suhu air dilambangkan dengan T1, suhu awal tindak balas.
Katakan kita mengukur suhu air dan hasilnya ialah 10 darjah C. Dalam beberapa langkah, kita akan menggunakan bacaan suhu ini untuk membuktikan prinsip entalpi
Langkah 3. Tambahkan satu Alka-Seltzer ke dalam bekas
Apabila anda sudah bersedia untuk memulakan eksperimen, letakkan Alka-Seltzer ke dalam air. Anda akan dapat melihat biji-bijian itu menggelegak dan mendesis. Apabila manik-manik larut dalam air, mereka memecah menjadi bikarbonat kimia (HCO.).3-) dan asid sitrik (yang bertindak balas dalam bentuk ion hidrogen, H+). Bahan kimia ini bertindak balas untuk membentuk air dan gas karbon dioksida dalam persamaan 3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Langkah 4. Ukur suhu apabila tindak balas selesai
Perhatikan ketika tindak balas berlanjutan - butiran Alka-Seltzer perlahan-lahan akan larut. Sebaik sahaja reaksi biji-bijian berakhir (atau telah perlahan), ukur suhu lagi. Air harus lebih sejuk daripada sebelumnya. Sekiranya lebih panas, percubaan mungkin dipengaruhi oleh kekuatan luar (contohnya, jika bilik yang anda gunakan hangat).
Sebagai contoh eksperimen kami, katakan suhu air 8 darjah C setelah biji-bijian berhenti mendidih
Langkah 5. Anggarkan entalpi tindak balas
Dalam eksperimen yang ideal, apabila anda menjatuhkan biji Alka-Seltzer ke dalam air, ia membentuk air dan gas karbon dioksida (gas itu dapat dilihat sebagai gelembung mendesis) dan menyebabkan suhu air turun. Dari maklumat ini, kami mengira tindak balasnya adalah endotermik - iaitu, ia menyerap tenaga dari persekitaran di sekitarnya. Reaktan cair terlarut memerlukan tenaga tambahan untuk menghasilkan produk gas, sehingga mereka menyerap tenaga dalam bentuk haba dari persekitaran (dalam eksperimen ini, air). Ini menyebabkan suhu air menurun.
